Généralité sur le

Soudage
Histoire de Soudage :
Pendant des millénaires, l’assemblage des métaux s’est fait par forgeage. La rupture est
intervenue à la fin du XIXe siècle. Désormais stockables en toute sécurité et que sont apparus
des procédés de soudage. Le développement des procèdes du soudage est devenu de plus en
plus rapide avec l’invention du soudage avec les électrodes enrobées et le soudage au
chalumeau Oxyacétylénique, ce dernier a rendu possible la réalisation des premiers œuvres
importants comme les bateaux, les ponts le bâtiment et les chaudières (surtout aux USA et en
Angleterre).
 Le soudage avec électrode de tungstène : 1924 à l'USA
 Les soudages sous flux en 1935 à l'USA
 Le soudage vertical sous laitier en 1950 en URSS
 Le soudage sous la protection gazeuse de 1950 à 1960
 Le soudage avec fils fourre de 1950 à 1960
 Le soudage explosion de 1950 à 1960
 Le soudage par bombardement électronique en 1956 en France
 Le soudage au laser en 1965.

Introduction
Parmi les procédés d’assemblages mécaniques, l’assemblage par soudage est le plus
répondue dans la plupart des domaines industrielles (transporte, industrie pétrolier et gazier,
construction navale, aéronautique, automobile etc.).
Le soudage est une technique d'assemblage permanent qui établit une continuité de nature
entre les pièces soudées. Le terme soudure est utilisé pour désigner l'alliage reliant les pièces
à assembler formé par la fusion des bords à assembler. La soudure peut donc être le résultat
du seul mélange des matériaux de base (les matériaux à souder) ou du mélange des matériaux
de base et d'un produit d'apport. En ce qui concerne les métaux, beaucoup sont soudables
moyennant les études préalables requises pour la mise au point du mode opératoire ; citons
les aciers (dits soudables), le cuivre, l'aluminium, le nickel et leurs alliages.

Définitions de soudage :
Le soudage est une opération qui consiste à réunir deux ou plusieurs parties constitutives
d’un assemblage, de manière à assurer la continuité entre les parties à assembler , sous
l'action d'une énergie calorifique ou mécanique générée par divers procédés mis en œuvre
(combustion de gaz, arc électriques, pression...) .On soude presque la totalité des métaux
existants en utilisant plusieurs procédés .Il existe deux cas de soudage :

 La soudure Autogène(Homogène) : Le métal qui compose le joint est de même nature que
les pièces à souder.

 La soudure Hétérogène : Le métal qui compose le joint est de nature différente des pièces
à souder.
Le principe du soudage
L'appellation de soudage s'applique dès lors que deux pièces sont réunies de façon à ce que la
continuité de la matière entre les deux éléments soit telle qu'au niveau atomique ces deux
pièces n'en forment qu'une seule.

Pour cela, le soudage requiert une dilution du métal d'apport dans les matériaux à souder.

Le métal d'apport est identique à celui des pièces à souder. Lorsque le métal d'apport est
différent des pièces à souder ou que ces deux pièces sont de métaux différents, on parle de
soudobrasage, mais la technique reste identique.

C'est pourquoi, à la différence de la brasure, le soudage nécessite d'abord une fusion des
extrémités des pièces à réunir avant de les assembler en un seul ensemble cohérent.

Cette fusion de la matière nécessite une élévation plus ou moins importante de la température
selon les matériaux à souder.

Le soudage rend donc obligatoire la présence :

 des matériaux à souder,

 d'un appareil de soudage,
 d'une alimentation en énergie.

Types de soudure
- La soudure homogène : les métaux de base
ou éventuellement le métal d’apport sont de
même nature.
- La soudure hétérogène de type A :
association de métaux de base de même nature
avec un métal d’apport d’une autre nature.
- La soudure hétérogène de type B : les métaux
de base et le métal d’apport sont de nature
différentes.

Les paramètres de soudage

Sont les conditions et les propriétés liées à la réalisation d’un assemblage telle que le procédé
utiliser, la préparation des surfaces, le temps de soudage et de maintien, l’intensité du courant
électrique, en respectant certaines règles élémentaires de sécurité. Tous les paramètres et les
consignés sont regroupés et présentés dans un document technique préparatoire d'une
fabrication soudée nommé par le Descriptif de Mode Opératoire de Soudage «DMOS ».

Caractéristiques importantes du poste à soudure

Un poste à soudure à l'arc n'est pas qu'un simple transformateur électrique modifiant un
courant d'entrée pour obtenir un courant électrique
de soudage.
Des nombreuses caractéristiques distinguent entre
eux les différents postes à souder :
 l'alimentation électrique,
 le courant de sortie (tension, puissance),
 le taux de fonctionnement,
 les capacités d'isolation et de
refroidissement,
 les dispositifs supplémentaires,
 les critères de la torche à souder.

Zones constitutives d’un joint soudé

Afin d’obtenir un joint soudé, en faisant fondre le métal de base des deux composants à relier
avec ou sans métal d’apport. Dans la macrographie d’une section transversale d’un joint
soudé on distingue cinq zones
  La zone de fusion (ZF) mélangé : la zone où de métal d’apport et le métal de base sont
mélangés de façon homogène (Bain de fusion) sous une température élevée adaptée dit
température de liquidus.
 La zone affectée thermiquement (ZAT) : ou zone affectée par la chaleur est la zone de
métal de base où ses propriétés mécaniques et microstructures sont modifiées par la chaleur
du soudage.

 La zone fondue partiellement (ZFP) : elle est nommée aussi par la zone de liaison, elle
se situe entre la zone de fusion et la zone affectée thermiquement.

 La racine : endroit jusqu’où le métal d’apport a pénétré.

 Le Face ou surépaisseur : surface extérieure de la soudure.

Principaux procèdes de soudage

1-Le soudage au gaz (au chalumeau) :
Le procédé de soudage oxyacétylénique est un soudage à la flamme autogène. Il est réalisé
partir de la chaleur d'une flamme née de la combustion d'un gaz combustible (Acétylène) et
d’un gaz comburant (l’oxygène). La température de la flamme peut atteindre les 3200° C.
Ce procédé est beaucoup employé pour le soudage des tôles fines, les tubes de petit diamètre
(chauffagiste).

2- Le Soudage à l’arc :
Le soudage à l’arc est un procédé de soudure par fusion où la chaleur est produite par un arc
électrique, formé entre le métal de base et l’électrode, ou entre deux ou plusieurs électrodes.
Le contact puis le léger éloignement de l’électrode par rapport aux pièces provoque l’arc
électrique. L’électrode est constituée d’un métal dont les caractéristiques mécaniques,
chimiques et physiques sont très proches du métal des deux pièces à souder.

3- Le Soudage par résistance :

Les pièces à assembler sont maintenues en contact par un effort de compression puis soudées
par recouvrement ou bout à bout sans métal d’apport. La fusion est provoquée par effet Joule
: courant de forte intensité (I > 2000 A) sous basse tension. Après coupure du courant,
l’effort de compression «forge» la soudure.
4- Le Soudage par friction :
Le soudage par friction permet de réaliser des assemblages en bout de deux pièces dont l’une
au moins a une symétrie de révolution. Il met en œuvre l’effet thermique engendré dans leur
plan de joint par la rotation rapide sous pression des pièces l’une sur l’autre ou encore par
friction. La puissance de chauffe résulte du couple résistant et de la vitesse de rotation
maintenue en principe constante. C’est un procédé d’assemblage global qui se classe parmi
les procédés de forgeage. Du fait du fluage du matériau pendant la friction et lors du
forgeage, la température de fusion n’est jamais atteinte.

5- Soudage laser :
Est une technique de soudage qui permet d'assembler plusieurs pièces de métal à l'aide
d'un laser. Le faisceau est une source de chaleur extrêmement concentrée qui permet des
soudages étroits, profonds, à une cadence rapide. Cette technique est souvent utilisée dans le
cas de gros volumes de production comme l'industrie automobile.
Tp N° 01 : Soudage par
résistance par points
Le soudage par résistance :
Le soudage par résistance permet d’assembler deux pièces de façon permanente, en les
fusionnant. Cette méthode de soudage requiert tout d’abord une pression mécanique qui
permettra ensuite à un courant électrique important de traverser les 2 éléments et de les faire
fusionner au point de contact. Il n’y a donc pas d’ajout de métal, Parmi les métaux soudables
on a l’acier, l’acier galvanisé ou électro-zingué, l’aluminium mais aussi de cuivre.

Le procédé de soudage par résistance :

Le soudage est réalisé par la combinaison d’une forte intensité électrique et d’une pression
ponctuelle. Ce procédé ne nécessite pas d’apport extérieur (Soudage autogène). L’intensité
électrique chauffe la matière jusqu’à la fusion. La pression maintient le contact entre
l’électrode et l’assemblage. Pour souder, une pince plaque l’assemblage avec des embouts,
ou des électrodes en cuivre, matière bonne conductrice de l’électricité et de la chaleur, ce qui
permet de moins chauffer la zone de contact avec cette pince et d’en éviter la fusion, qui se
trouve limitée à la zone de contact entre les deux feuilles à souder.

Cette technique est donc dépendante de la résistivité (résistance électrique) des matières, de
l’épaisseur totale de l’assemblage et du diamètre des électrodes. Ce procédé est
majoritairement utilisé dans l’assemblage de tôle d’acier de faible épaisseur (< 6 mm). Cette
technique bénéficie d’un savoir faire très important et d’une productivité incomparable.

Conception de la machine a soudé :

Les déférents procédés de soudage par résistance :

1-le soudage par point : Soudure par recouvrement
2-le soudage à la molette : Soudure étanche.

3-le soudage par bossage : Soudure protubérance

4-le soudage par en bout : soudure bout à bout

 Dans notre Tp on va parle juste sur le soudage par
points.
Le soudage par points :
Le soudage par points fait partie de la famille des procédés de "soudage par résistance", au
même titre que le soudage à la molette, par bossages, ou en bout. Il est utilisé pour assembler
deux tôles (ou plus) dont l’épaisseur est typiquement comprise entre 0,5 et 10 mm. Signalons
que ces deux tôles peuvent avoir - même si ce n'est généralement pas le cas au CRDM - des
caractéristiques différentes (composition, revêtement), et qu'elles n’ont pas forcément la
même épaisseur.
●principe de soudage par point :
La figure représente schématiquement le principe du soudage par points : les deux tôles sont
prises en étau entre deux électrodes afin de maintenir l’ensemble en contact. Cet assemblage
est ensuite traversé par un courant de forte intensité qui crée un noyau fondu au niveau de
l’interface tôle-tôle. En refroidissant, ce noyau fondu fixe localement les deux tôles entre
elles.

Déroulement du cycle de soudage :

Un cycle de soudage se décompose en quatre phases :
• l’accostage : les électrodes se rapprochent et viennent comprimer les pièces à souder, à
l’endroit prévu et sous un effort donné. Dans le cas des machines du CRDM, seule
l’électrode supérieure se rapproche, l’autre étant fixe. Cette phase se termine quand la valeur
d'effort nominale est atteinte.
• le soudage : le courant passe, déclenché par la fermeture du contacteur du circuit de
puissance, et doit, par effet Joule, produire assez de chaleur à l’interface tôle-tôle pour
qu’une zone fondue apparaisse.
• le forgeage : effectué avec maintien de l'effort mais sans passage de courant, il permet au
noyau fondu de se refroidir et de se solidifier en restant confiné.
• la remontée de l’électrode : l’ensemble des deux tôles peut alors être translaté afin de
procéder à la soudure d'un nouveau point. Ces quatre phases, ainsi que les évolutions de
l’effort mécanique et du courant de soudage tout au long d’un cycle.

Les différentes phases d’un cycle de soudage

Les paramètres de l’opération :

Les paramètres sont adaptés en fonction des caractéristiques des tôles à souder. Les
paramètres principaux décrits dans l’ordre de chronologie du procédé sont l’effort de
soudage, l‘intensité, le temps de soudage, et le temps de maintien.

-Effort de soudage :
L’effort d’applique dès la phase d’accostage et la valeur à appliquer dépend essentiellement
des caractéristiques mécaniques et de l’épaisseur des tôles à souder. Dans la pratique,
l’incrément de l’effort pendant la phase d’accostage n’est pas linéaire.
- Intensité de soudage :
L’intensité de soudage est considérée comme un paramètre important pour engendrer
l’énergie dissipée. Car elle gouverne la génération de chaleur par effet Joule. L’intensité
utilisée soit en courant alternatif monophasé, (AC-50Hz), ou soit courant continu moyenne
fréquence, (MFDC-1000Hz).
-Temps de soudage :
Intervient pendant la phase de chauffage. L’ordre de grandeur typique est de quelques
dixièmes de secondes. Selon la norme, le temps de soudage dépend de la nuance d’acier et
son épaisseur. Dans certains cas de soudage de tôle épaisse, et haute résistance mécanique, le
courant pulsé est souvent à appliquer afin de stabiliser le développement du noyau. Cette
pulsation comporte le temps de chaud, séparé par le temps de maintien ou le temps de froid.
Le nombre de cycles supplémentaires pour le post-traitement thermique est souvent adapté à
l’assemblage de tôles hautes résistances.

-Temps de maintien :
Le temps de maintien est nécessaire à la solidification par l’évacuation de la chaleur de
l’assemblage vers le circuit d’eau de refroidissement.

Electrodes de soudage par points :

Les électrodes sont en cuivre, additionné généralement de métaux d'apport, chrome et
zirconium. L'électrode ainsi constituée présente les avantages d'un matériau bon conducteur
thermique, pouvant alors évacuer la chaleur emmagasinée au sein des tôles tout en offrant de
bonnes caractéristiques mécaniques en matière de dureté.
Les électrodes sont des éléments essentiels dans ce procédé de soudage. En effet elles
doivent transmettre l'effort appliqué, conduire le courant électrique injecté dans l'assemblage
et évacuer la chaleur produite par la formation du noyau. Par conséquence le matériau
constituant les électrodes doit posséder des conductivités électrique et thermique élevées,
mais aussi de bonnes propriétés mécaniques à haute température (résistance aux
déformations à chaud). Ce sont les alliages de cuivre, tels que les Cu-Cr, Cu-Zr et Cu-Cr-Zr,
qui sont les plus souvent utilisés.
Formation d’un point soudé :
-Description d'un point soudé
Suite à un cycle de soudage, un des moyens d'analyser les noyaux formés est de réaliser une
coupe métallographique. Un exemple de point soudé sur tôles d'acier.

●Zone fondue (ZF) : qui représente la zone où l'acier a dépassé sa température de fusion. La
microstructure après refroidissement est de type colonnaire ou basaltique.

●Zone affectée thermiquement (ZAT) : qui subit des transformations de phases et/ou de la
recristallisation à l'état solide liées au gradient thermique apparaissant entre la ZF et le métal
de base.

●Métal de base (MB) : qui ne subit pas de transformation structurale compte tenu des faibles
niveaux de températures atteints.

-Microstructures du point soudé

L'opération de soudage par points se caractérise par un cycle thermique très rapide qui
modifie profondément la microstructure du métal de base au voisinage du point soudé.

Le métal subit un chauffage à des vitesses de l’ordre du millier de degrés Celsius par seconde
jusqu'à une température pouvant aller au-delà de la température de fusion. Il s'en suit
immédiatement un refroidissement très rapide dont la vitesse dépend des paramètres de
soudage. Un cycle de soudage par point complet est typiquement effectué en moins d'une
seconde.
-Distance entre chaque point

La distance entre deux points de soudure doit être 1O x épaisseur+ 10mm pour éviter «
l’effet de shunt » du courant de soudage.
C’est quoi « l’effet de SHUNT » ?
L’effet de shunt c’est lorsque la distance entre points de soudure n’est pas respectée et le
courant au lieu de passer d’une électrode à l’autre au travers d’une pièce à assembler le

courant passe par le précèdent point déjà existant sans réaliser un point de soudure. En
conséquence, aucun point de soudure ne se réalise.
Marques des postes de soudage par points
-Poste de soudage par points 2,6V 9700A - Pte 18 Lcd 400V

Caractéristiques :

- réglage du courant de pointage (%), temps de pointage (cycles), force de fermeture des
électrodes

- choix des différents paramètres du cycle de pointage (temps d'accostage, temps de

croissance, temps de soudage, temps de pause et
nombre d'impulsions)
- afficheur à Cl facile à lire

- actionnement mécanique à pédale

- protection thermique avec signalisation

-Poste de soudage par points 4,2V 16400A - Pcp 28 Lcd 400V

Caractéristiques :

- réglage du courant de pointage (%), temps de pointage (cycles), force et vitesse de

fermeture des électrodes

- choix des différents paramètres du cycle de pointage (temps d'accostage, temps de

croissance, temps de soudage, temps de pause et
nombre d'impulsions)

- afficheur à Cl facile à lire

- actionnement pneumatique

- réglage de l'écartement des bras

- protection thermique avec signalisation

Poste de soudure par points Modular 20/TI

Caractéristiques :

· Modular 20 Ti est un Poste de soudure par point portable monophasé

· Equipé du contrôle électronique du temps de pointage

· Idéal pour le pointage de tôles d'une épaisseur de 1+1mm

· Temporisateur électronique synchrone avec temps de pointage réglable de 0.1 à 1.2

secondes

-Poste de soudure par points - Digital Spotter 7000 400V +ACC

Caractéristiques :

· Reconnaissance automatique de l'outil monté

· Contrôle de la tension du réseau

· Contrôle automatique du refroidissement de la pince

· Afficheur Cl éclairé par l'arrière pour la visualisation des

commandes et des paramètres programmés.

· Fourni avec : Pince pneumatique refroidie à l'air et chariot.

Avantages et inconvénients :
- Avantages
- Soudure propre et de très haute qualité (face d’aspect).
- Pas de déformation des pièces soudées.
- Assure la continuité métallique et étanchéité.
- Rapide (5ms à 3 secondes), efficace, peu polluant.
- Autogène nécessite pas de produits d’apports.
- Positionnement géométrique, avec serrage des éléments à assembler.
- Délimitation des zones thermique affectées.
- Pertes énergétiques plus faibles.
- Tenue mécanique du point améliorée et répétitive.

- Inconvénients
- Assemblage par recouvrement.
- Epaisseur limitée à la capacité machine.
- Vu le coût élevé.
- Applications sont limitées.
- Poste à souder ne peut réaliser qu’un seul type de soudage.
- Soudure collée.
- Projection en métal en fusion.
- Usure anormale des fusions.

Tp N° 02 : Soudage par
friction malaxage
 Introduction :
Les procédés d’assemblages permanents entrent dans la fabrication de 80 % des produits
manufacturés. Le soudage représente une grande majorité de ces procédés, car il permet l’obtention
d’une liaison complète entre deux pièces.
Les différents procédés de soudages employés pour assembler deux matériaux différents ils sont
classés en deux catégories : les procédés de soudage par fusion et ceux à l’état solide, comme le
soudage par friction. Le soudage par friction est un procédé utilisé pour assembler les métaux
dissimilaires et dans certains cas particuliers, en mode de soudage hétérogène pour assembler deux
matériaux différents.
Dans ce chapitre on présente le principe de soudage par friction des métaux et aussi les différents
types de ce procédé.

Soudage par friction malaxage :

Le soudage par friction malaxage (FSW) est un procédé de soudage à l’état solide, qui utilise un
outil spécial pour assembler deux pièces adjacentes, sans que les matériaux ne fondent. La chaleur
est générée par le frottement entre l’outil rotatif et les pièces, ce qui plastifie le matériau dans la
zone de soudage.

Le principe de soudage par friction malaxage FSW

(Friction Stir-Wilding):
Un outil de forme cylindrique comportant un épaulement et un pion coaxial tourne à vitesse
constante sur la ligne de contact entre les pièces à souder, ce qui provoque un « ramollissement »
des matériaux, qui deviennent pâteux. L'outil pénètre alors dans le plan de joint et mélange
intimement les matériaux lors d'une opération qui s'apparente au forgeage ou à l'extrusion.
L'assemblage complet est obtenu lors de la progression de l'outil, qui parcourt progressivement
toute la zone qui doit être soudée.
 Les phases de soudage par friction :
1- Phase de pénétration: Le pion pénètre progressivement dans le plan de joint des deux
pièces à souder, on lui applique une force normale jusqu'à ce que l’épaulement soit en contact avec
les pièces. L’outil reste dans cette position pendant un temps de maintien appelé (dwell time) pour
créer la quantité de chaleur suffisante pour ramollir la matière.

2- Phase de soudage: Une fois la température de soudage (état ramolli de la matière) atteinte,
le pion tournant commence à avancer le long de la ligne de joint (autre configuration possible :
déplacement de la table), ainsi on assure le malaxage de la matière entre les deux pièces. Un effort
appelé effort de forgeage est appliqué sur l’outil est maintenu pendant cette phase. La matière
malaxée est déformée plastiquement et constitue le cordon de soudure. Le cordon obtenu n’est pas
symétrique (figure. I. 3). En effet, le mouvement combiné de rotation et d’avance donne naissance
à deux côtés :
· Un coté avance (advancing side) où le sens de la vitesse de rotation de l’outil coïncide avec sa
vitesse d’avance.
· Un coté recul (retreating side) où le sens de la vitesse d’avance de l’outil s’oppose à sa vitesse
d’avance.
3- Phase de retrait: Une fois le cordon réalisé, le pion est retiré du joint en laissant un trou à
l’extrémité du cordon, un outil à pion rétractable permet d’éviter la formation de ce trou. Dans ce
cas, l’épaulement reste en contact avec la matière jusqu'à la fin de retrait du pion.

Aspect métallurgique de soudage par friction :

Il est connu que les joints soudés par un procédé de soudage conventionnel se caractérisent par la
présence de trois zones différentes, soit la zone de fusion (zone malaxée), la zone thermiquement
affectée (ZAT) et le métal de base. Cependant, pour les joints obtenus par friction malaxage
comporte une zone en plus qui est la zone affectée thermo-mécaniquement (ZATM) et une zone de
malaxage. Chacune de ces zones possède des caractéristiques spécifiques qui seront exposées
brièvement ci-dessous et explicitées dans les sous-sections suivantes.
La première zone, qui se trouve au centre du joint soudé, appelée le noyau de soudure, est la partie
qui a subi la déformation la plus sévère. Sous l’effet combiné de l’écoulement du métal et du cycle
thermique, cette zone a subi une recristallisation complète. La taille moyenne de grains dans cette
zone est plus petite que dans le reste du joint. Dans cette zone, la température est assez élevée pour
causer une mise en solution des précipités.
La ZATM est la zone adjacente au noyau. Dans cette zone, le métal subit une déformation
plastique importante. La combinaison déformation-température n’est cependant pas assez élevée
pour déclencher les mécanismes de recristallisation dynamique. Cependant, la partie proche du
noyau subit une recristallisation partielle. La ZAT est la zone comprise entre le ZATM et le métal
de base. La structure des grains reste pratiquement la même que celle du métal de base, mais il y a
une augmentation de la taille des précipités métastables.

A : métal de base non affecté par la soudure ;

B : zone affectée thermiquement (ZAT). Dans cette zone, le métal a subi une élévation de
température pouvant avoir affecté la microstructure et (ou) les propriétés mécaniques. Il n’y a pas,
par contre, de déformation ;
C : zone affectée thermo mécaniquement (ZATM). Le métal a subi une déformation plastique et
est également affecté thermiquement.
D : noyau de soudure proprement dit. Cette partie est relative au métal ayant subi la friction et le
brassage.

Les types de soudage par friction :

1-Soudage par friction rotatif : est un procédé de soudage à l'état solide dans lequel deux
matériaux similaires ou dissemblables sont amenés à se frotter l'un contre l'autre pour produire
suffisamment de chaleur à l'interface et une force de refoulement ultérieure fusionne les deux
matériaux ensemble. Les impuretés à l'interface sont éliminées sous forme de flash et la liaison
formée sera plus forte que l'un des deux matériaux.
2-Soudage par friction malaxage (en anglais Friction Stir Welding ''FSW'') : Le
soudage par friction malaxage est un avatar intéressant du soudage par friction. Il consiste à souder
des tôles en recouvrement ou bout à bout au moyen d'un outil de soudage par friction malaxage.

Le procédé de soudage par friction et malaxage utilise un outil à haute résistance mécanique et
thermique qui est constitué d’un épaulement (shoulder) prolongé par un pion (pin) coaxial qui réalise
le malaxage. Les tôles à souder sont fixées soigneusement sur un montage d’appui. La chaleur,
générée par le frottement de l’épaulement et celle du pion, transforme la matière à l’état pâteux au
voisinage de l’outil et facilite la pénétration et le déplacement de l’outil le long du joint à souder pour
former la soudure après refroidissement. Par exemple, les matériaux, utilisés pour les outils de
soudage des tôles à base d’aluminium, sont principalement des aciers résistants aux hautes
températures.
Il existe plusieurs types de soudage par friction malaxage :

3-Soudage par friction linéaire (en anglais Linear Friction Welding ''LFW'') : Le
soudage par friction linéaire (ou soudage par vibration) est l’une des nombreuses techniques dans
laquelle la chaleur est générée par le mouvement mécanique des pièces à souder. Les deux pièces à
joindre sont mises en contact sous une certaine pression. Une pièce est bloquée tandis que l’autre
effectue un mouvement linéaire réciproque dans le plan du joint. La chaleur générée par la friction au
niveau des deux surfaces crée une zone de fusion locale. Ensuite la vibration est stoppée, les pièces
sont alignées et le joint refroidi sous pression pour consolider la soudure.
 Les paramètres:
● Les paramètres du procédé: Les principaux paramètres du procédé sont la vitesse de rotation
de l’outil habituellement exprimée en rpm (révolutions on rotation per minute), la vitesse de soudage
(mm/min), la charge axiale (kN) ainsi que l’angle d’inclinaison de l’outil. Les choix de l’utilisateur
peuvent parfois être limités par les caractéristiques de la machine de soudage.
1- La vitesse de rotation: De l’outil en contact avec la matière génère la chaleur autour de l’outil
et permet de malaxer la matière.

Le choix d’une vitesse de rotation optimales ’avère donc primordial. D’une part, une vitesse de
rotation trop élevée, peut entraîner un chauffage excessif de la pièce et occasionner des "flash" ;
D’autre part, une vitesse dérogation trop faible conduit à un chauffage insuffisant des pièces à souder,
limitant ainsité malaxage de matière.
Cela provoque alors la formation de bavures et de cavités dans la soudure. L’augmentation de la
vitesse de rotation provoque un élargissement simultané du noyau comme illustré.
2- La vitesse d’avance: Tout comme la vitesse de rotation doit être choisie de manière optimale.
Son choix doit être fait en fonction des propriétés du matériau de base afin de ne pas risquer
d’endommager l’outil. L’influence de ce paramètre a fait l’objet de nombreuses tu des au cours de la
dernière décennie.
3- La force de forgeage: Ou charge axiale est la force appliquée pour maintenir l’outil dans la
position verticale souhaitée. Il est important de la maîtriser lorsqu’on fait un pilotage en force parce
qu’elle conditionne le choix des vitesses d’avance et de rotation [23] ont montré expérimentalement
que la charge axiale a une influence sur la dureté maximale.

4- L’angle d’inclinaison de l’outil: Permet d’optimiser l’écoulement de la matière autour du

pion. Il permet aussi de corriger l’inclinaison sur l’outil provoqué par la résistance des pièces à souder
pendant le soudage. Sa valeur évolue généralement entre 0°et 5°. Certains types d’outils permettent de
s’affranchir de l’imposition d’un angle d’inclinaison.

Avantage et inconvénients du FSW:

1- Avantage:
-Possibilité d’assembler des pièces de sections fortement différentes à condition de prendre certaines
précautions.
-Des matériaux dissemblables peuvent être assemblés, comme l’aluminium avec le cuivre et de l’acier
-Excellente répétabilité, très bonne reproductibilité et possibilités d’automatisation.
-Aucun consommable, pas besoin de métal d’apport.
-Assemblages de haute qualité ayant une bonne structure métallurgique (le matériau n’atteint pas sa
température de fusion).
2- Inconvénients:
-Investissement important.
- Maintient rigide des pièces à souder contrairement à d’autres procèdes de soudage (génération des
contraintes).
- Besoin d’un dispositif d’appui (enclume ou support adapté.
 Tp N° 03 : Soudage à l’arc

Définitions du soudage à l'arc (électrode enrobée)

C’est un procédé de soudure par fusion où la chaleur est produite par un arc électrique, formé entre
le métal de base et l’électrode, ou entre deux ou plusieurs électrodes. Le contact puis le léger
éloignement de l’électrode par rapport aux pièces provoque l’arc électrique. L’électrode est
constituée d’un métal dont les caractéristiques mécaniques, chimiques et physiques sont très
proches du métal des deux pièces à souder

Prin
cipe de soudage à l’arc électrique :
C’est un procédé de soudure par fusion où la chaleur et produite par un arc électrique, formé entre
le métal de base et l’électrode, ou entre deux
ou plusieurs électrodes. Le contacte puis le
léger éloignement de l’électrode par rapport
aux pièces provoque l’arc électrique.
Electrode est constituée d’un métal dont les
caractéristiques mécaniques, chimiques et
physiques sont très proches du métal des deux
pièces à souder.
 L’effet thermique provoque la fusion aussi bien de l’électrode que du métal de base, pour
amorcer un arc il faut que le courant parcoure un circuit fermé d’une part la pièce et de l’autre
L’arc électrique est la source de chaleur à base de nombreux procédés de soudage, les raisons
primordiales de ce choix sont :
- Les effets thermiques aux électrodes : l’arc de soudage est à l’arc court entre une électrode
formant ainsi l’outil, et les pièces à souder portées localement à la température de fusion
- Les phénomènes de transport de matière qui s’instaurent naturellement et simultanément de
l’électrode, lorsqu’elle est fusible, formant un dépôt se diluant avec les bords à souder pour
constituer après refroidissement la liaison métallique recherchée. Il est à noter que pour le cas
des électrodes réfractaires il n’y a pas de transfert entre l’électrode et la pièce.

● Les procédés de soudage qui utilisent l’arc électrique comme source de fusion sont :
- Le soudage avec électrode enrobées
- Le soudage avec électrode réfractaire TIG
- Le soudage semi-automatique sous protection gazeuse : MIG ou MAG
- Le soudage automatique sous flux

Le soudage avec électrodes enrobées :

Principe du procédé
Le soudage à l’électrode enrobée (shilded metal arc welding «SMAW») est l’un des plus simples
procédés de soudage à l’arc. L’appareillage comporte une source de courant continu ou alternatif,
une pince porte électrode, un câble de liaison et un câble de masse. Sa simplicité fait remonter son
utilisation dans le secteur industriel aux années 1900.

L’électrode enrobée est placée et serrée sur la pince porte électrode qui elle-même est reliée au
câble de sortie de poste de soudage. Le connecteur de pièce est relié au générateur et est placé sur
la pièce à souder. L’arc électrique est amorcé par contact électrode-pièce et entraîne
instantanément la fusion de l’électrode et la formation du cordon. Ce dernier se présente après
solidification recouvert de laitier provenant de l’enrobage fondu que l’on élimine ultérieurement.
Les caractéristiques des soudures réalisées ainsi dépendent de deux facteurs principaux : la
technologie d’élaboration de l’électrode et l’habilité de l’opérateur

Le soudage manuel à l’arc électrique et électrode enrobée concerne surtout les postes de tuyauteurs
pour des tubulures de diamètre et d’épaisseur importante. Conférant une bonne résistance
mécanique aux soudures. Il convient aux aciers doux (enrobage de l’électrode type O), aux aciers
faiblement alliés, aux aciers inoxydables et réfractaires, à la fonte grise, aux métaux non ferreux :
nickel (après décapage à l’acide et neutralisation), cuivre et cupro-aluminium. Il est préféré au
procédé TIG pour les soudures sur tuyauterie transportant du gaz, car il supprime le risque gaz lié à
la présence du gaz protecteur.

Applications de la soudure SMAW

Le procédé de soudage SMAW est très populaire, entre autres dans certaines tâches
spécialisées telles que, par exemple, des récipients et des tuyaux sous pression, des réservoirs
de stockage, des ponts et des bâtiments ou des navires et des wagons. Il offre une bonne
mobilité et la possibilité de souder à l’extérieur sans précaution particulière, notamment pour
effectuer des réparations ou du travail sur un chantier

Avantages et inconvénients du procédé SMAW

 Le soudage SMAW s’exécute dans toutes les positions, permet une grande autonomie et
l’équipement requis est peu dispendieux.

 Le coefficient de transmission thermique du procédé (c’est-à-dire la quantité de chaleur

transmise à la pièce) varie entre 50 et 85 %. Comme la profondeur de pénétration de la
 soudure augmente en fonction de ce coefficient, le SMAW peut atteindre une bonne
pénétration. Cependant, la chaleur au centre de l’arc est plus intense et cela peut causer
une déformation angulaire.

 Pour l’amorçage de l’arc avec les procédés manuels (particulièrement avec les électrodes
à enrobage basique pour le SMAW), il faut que la tension à vide soit assez élevée,
généralement d’une valeur minimum de 70 V

 Faible coût d’équipements et soudage de joints de différents types en toutes positions,

aussi gammes d’épaisseurs très étendue, faible productivité Va= 17cm/min, enlèvement du
laitier de protection.

LE POSTE DE SOUDAGE A L’ARC

Le poste (ou générateur) de soudage à l’arc transforme le courant du réseau ( tension
élevée et faible intensité ) en courant de soudage ( tension relativement faible et intensité
élevée ). Ils permettent un réglage précis de l’intensité du courant de soudage. On peut les
diviser en deux grands groupes : Les postes statiques et les postes rotatifs.

Qualités d’un poste de soudage

 Abaisser la tension du réseau (220 – 380 V) en tension d’amorçage ( 50 à 70 V ) appelée

aussi tension à vide.
 Passer automatiquement de la tension d’amorçage à la tension de soudage (20 à 30 V).
 Permettre le réglage de l’intensité du courant de soudage.
 Produire un arc stable sans perturber le fonctionnement de l’installation électrique
Classification postes de soudage à l’arc électrode enrobée
 Conclusion

Parmi les procèdes d’assemblages, le soudage occupe une place importante

dans toutes les branches d’industrie, car il permet d’adapter au mieux, les
formes de construction aux contraintes qu’elles sont appelées à supporter en
service